Die Forschungsprojekte Protein-Origami – vom Falten und Binden

Die Forschungsprojekte
am Heidelberger Life-Science Lab
Protein-Origami – vom Falten und Binden
Ansprechpartner:
E-Mail-Adresse:
Patrick Kunz, M.Sc.
[email protected]
Ich bin:
Arbeitsgruppe/Ort:
Doktorand am DKFZ, AG-Mentor im HLSL (in spe)
Funktionelle Genomanalyse, DKFZ
Projektdauer:
TN-Anzahl:
ca. 1 Labjahr
max. 5
Abstract:
Proteine sind die Alleskönner in unseren Zellen. Kaum ein Prozess wird dort nicht von einem unserer 30.000 verschiedenen Proteine vermittelt. Essenziell für die spezifische Funktion eines Proteins, das aus einer Kette zusammenhängender Aminosäuren besteht, ist seine ganz individuelle dreidimensionale Struktur. Erst durch sie kann ein
Enzym Moleküle unserer Nahrung verdauen oder Antikörper des Immunsystems pathogene Eindringlinge erkennen.
Mindestens ein Mal im Leben eines Proteins muss es vom denaturierten Zustand der Polypeptidkette in seine kompakte, funktionelle Struktur übergehen, der Prozess der PROTEINFALTUNG.
Eine spannende Frage hierbei ist, was die dreidimensionale Struktur genau zusammenhält. Welche Aminosäuren bestimmen die biophysikalischen Eigenschaften
wie Stabilität gegenüber Temperatur, extremen pH Werten oder anderem Stress?
Und ganz besonders, welche Bereiche sind entscheidend für die hochspezifische
Bindung an andere Proteine oder Epitope? Nanobodies sind hervorragende Modellproteine, um genau diese Fragen zu beantworten. Abgeleitet von Antikörpern können sie hochspezifisch und selektiv an Epitope binden, besitzen bemerkenswerte
Stabilität und sind leicht zu handhaben (deshalb heißen sie auch „Proteine für Physiker“).
Abb. 1: Faltung der Polypeptidkette
eines Proteins vom ungefalteten (U)
in den nativen Zustand (N).
Zwei Projektstränge sind möglich: (I) Was macht Nanobodies so stabil? Zunächst
werden wir verschiedene Nanobodies exprimieren und reinigen, um anschließend ihre Stabilität im Fluoreszenzspektrometer zu bestimmen. Mittels eines Algorithmus identifizieren wir entscheidende Sequenzpositionen, die für ihre Stabilität verantwortlich sind und überprüfen diese durch gezielte Einführung von Mutationen. Die gewonnenen Informationen helfen dabei, Nanobodies mit gewünschten Eigenschaften für medizinische Zwecke zu designen und ihre Struktur zu verstehen. (II) Lässt sich die Spezifität zweier Nanobodies vertauschen? Ausgehend von zwei Nanobodies,
bauen wir genau die Sequenzbereiche, die die Bindung an ein Epitop vermitteln, in den jeweils anderen Nanobody
ein. Anschließend charakterisieren wir die Bindung an die Epitope, um das Bindungsverhalten zu überprüfen. Mit dieser Methode ließen sich wünschenswerte biophysikalische Eigenschaften auf einen potenziell therapeutischen Nanobody übertragen.
Spezielle Methoden:
Fluoreszenzspektroskopie, Chromatographische Techniken,
Molekekularbiologische Techniken
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